(K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3无铅压电陶瓷的烧结特性和压电性能研究

采用传统陶瓷烧结工艺制备了(1-x)(K0.5Na0.5)NbO3-xLiNbO3无铅压电陶瓷,研究了陶瓷的结构、烧结特性及电性能特征.制备的(K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3陶瓷为单一的钙钛矿结构,室温下其相结构随LiNbO3含量增加逐渐由正交相向四方相转变,显微结构也由于LiNbO3含量的不同而表现出很大差异.与(K0.5Na0.5)NbO3陶瓷相比,(K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3陶瓷的烧结温度降低,烧结特性得到改善. (K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3陶瓷表现出优越的压电性能,其中0.94(K0.5Na0.5)NbO3-0.06LiNbO3(x=0.06)陶瓷的压电常数d33达到205pC/N,机电耦合系数kp为40.3%,kt达到49.8%.     

MnO_2掺杂0.92[Bi_(0.5)(Na_(0.7)K_(0.25)Li_(0.05))_(0.5)]TiO_3-0.08Ba(Ti,Zr)O_3基无铅压电陶瓷

采用二次合成法制备了新型0.92[Bi0.5(Na0.7K0.25Li0.05)0.5]TiO3-0.08Ba(Ti,Zr)O3+x(wt%)(质量分数)MnO2体系无铅压电陶瓷,研究了陶瓷的晶相结构、表面形貌、压电介电性能。研究结果表明,制备的陶瓷样品均具有单一钙钛矿结构。MnO2的含量为x=0.003时,得到介电损耗低的压电陶瓷:介质损耗tanδ为0.0361,压电常数d33为155pC/N,机电耦合系数kp为0.26,机械品质因素Qm为202;在1160℃,2h的烧结条件下,能够获得致密的无铅压电陶瓷体。     

Bi_(0.5)(Na_(0.8)K_(0.2-x)Li_x)_(0.5)TiO_3无铅压电陶瓷的制备及性能研究

采用固相反应方法制备Bi0.5(Na0.8K0.2-x Lix)0.5TiO3无铅压电陶瓷。研究该体系陶瓷的组成变化及烧结工艺对压电陶瓷的相组成、显微结构及电性能的影响。结果表明,混合原料的平均粒径在2μm左右,粒度呈正态分布。热分析确定了混合原料的合成温度为900℃。XRD分析表明,900℃预烧温度下,合成粉体为ABO3的钙钛矿结构,且为铁电四方相结构。SEM表明,组成在x=0.06,烧结温度为1 160℃时,能够获得烧结良好且致密度较高的陶瓷,该组成的陶瓷的电性能具有最佳值,εT33/ε0=1 160、tanδ=0.029、d33=195pC/N、kp=0.407。     

CuO掺杂的(Na_(0.66)K_(0.34))NbO_3无铅压电陶瓷性能研究

采用传统工艺制备了CuO掺杂的无铅压电陶瓷(Na0.66K0.34)NbO3,研究了CuO掺杂对其压电、介电、铁电等性质的影响。实验结果显示,CuO掺杂促进了晶粒生长,降低了样品的烧结温度,适量掺杂能够显著提高陶瓷样品的密度。当掺杂量为0.5%(摩尔分数)时,样品的密度为4.26g/cm3,品质因子Qm提高到400,介电损耗tanδ降低至0.8%。实验结果还显示,CuO掺杂使得陶瓷变硬,起到硬性添加剂的作用。随着CuO掺杂量的增加,样品的居里点(TC)、正交-四方相变温度(TT-O)、压电常数d33以及机电耦合系数kp均明显降低,而矫顽场显著增加。对于不掺杂的(Na0.66K0.34)NbO3陶瓷,其d33高达107pC/N,该陶瓷优异的压电性能表明,除了具有准同型相界结构的(Na0.5K0.5)NbO3外,(Na0.66K0.34)NbO3也是一种具有研究潜力的无铅压电陶瓷组分。     

Ba,Sr掺杂对K0.47Na0.47Li0.06NbO3基无铅压电陶瓷结构、介电及压电性能的影响

采用传统的固态反应法制备了(K0.47Na0.47 Li0.06 )1-x(Ba0.5Sr0.5)xNbO3无铅压电陶瓷,研究了Ba,Sr掺杂对K0.47Na0.47Li0.06NbO3陶瓷的晶体结构、电畴结构、介电及压电性能的影响.随着Ba,Sr掺杂量的增加,陶瓷样品逐渐由正交相向四方相转变,同时居里温度(Tc)降低,剩余极化率(Pr)、矫顽场(Ec)、介电常数(εr)增加;压电常数(d33)、机电耦合系数(kp)先增加后减小.x=0.5％时陶瓷的压电常数d33达到221 pC/N,机电耦合系数kp为43.1％.     

(0.84-x)Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.16K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_(3-x)SrTiO_3系无铅压电陶瓷结构与电性能

采用固相法制备了Bi补偿的(0.84-x)Na0.5Bi0.5TiO3-0.16K0.5Bi0.5TiO3-x SrTiO3(简称NBTKBT-xST)无铅压电陶瓷,研究不同ST掺量对体系陶瓷的结构与电性能的影响规律。结果表明,在掺杂范围内(0≤x≤0.06),材料均能形成单一的钙钛矿固溶体结构。随着x的增加,陶瓷晶体结构逐渐由三方相向四方相过渡,且该体系的三方-四方准同型相界(MPB)位于0.03≤x≤0.04。在此组成区域内,体系陶瓷的铁电与压电性能较好,其中x=0.04时,材料的电性能较好:压电常数d33=156 pC/N,平面机电耦合系数k p=0.29,相对介电常数εr=1116,介质损耗tanδ=4.1%,剩余极化强度P r=30.5μC/cm2,矫顽场E c=23.9 kV/cm。介电温谱和变温电滞回线表明体系陶瓷在T d以上可能存在极性相与非极性相共存。     

溶胶-凝胶法制备(Bi0.5Na0.5)1-xBaxTiO3陶瓷的性能

测量了使用溶胶-凝胶工艺制备的 (Bi0.5Na0.5)1- xBaxTiO3(x=0,0.02,0.04,0.06)系无铅 压电陶瓷的介电、压电和弹性参数.研究发现,该工艺制备的 (Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3陶瓷具有 此系列最强的压电性能, 与传统工艺制备的该类压电陶瓷相比, 溶胶-凝胶工艺制备的 (Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3陶瓷具有压电常数( d33=173× 10- 12C/N)、机电耦合系数( kt=56%, kp= 26%)、泊松比(ν =0.3)提高; 频率常数( Nt=2250Hz· m, Np=2810Hz· m)、退极化温度( Td= 75℃)降低以及介电常数(εTr33=820)、介电损耗( tgδ=3.9%)稍大的特点.     

直接反应烧结法制备(Bi0.5Na0.5)1-xBaxTiO3系无铅压电陶瓷的性能研究

采用直接反应烧结法制备了(Bi0.5Na0.5)1-xBaxTiO3无铅压电陶瓷,研究了陶瓷的压电性能和显微结构.结果表明,直接反应烧结法不影响BNBT陶瓷的钙钛矿相结构,但可使准同型相界处组成的四方相含量增加;直接反应烧结的BNBT陶瓷呈无变形,收缩率稍大于采用传统固相法制成的陶瓷样品,晶粒明显较大,并具有更好的压电介电性能,其中,d33=166pC/N,tanδ=0.03.     

Mn掺杂(K 0.5 Na 0.5 ) 0.96 Sr 0.02 NbO3无铅压电陶瓷的研究

采用常压烧结方法制备了Mn掺杂的（K0.5Na0.5）0.96Sr0.02Nb1-xMnxO3无铅压电陶瓷.研究了Mn含量对该体系材料的相组成、微观结构、介电、压电和热稳定性能的影响.XRD表明随着Mn含量的增加,体系由正交相过渡到赝四方相;而且,富Na的第二相消失,得到纯净的钙钛矿相结构.在Mn含量为x=0.03和0.04时,观察到了两个温度（200和390℃）处的介电反常,这和晶格畸变引起的复晶胞结构有关.Mn含量为x=0.02时,得到综合性能优良的压电超声换能器用材料：介电常数ε^T33/ε0=479,压电常数d33=121pC/N,机电耦合系数Kp=41%,机械品质因子Qm=298,介电损耗tanδ=1.6%,居里温度Tc=391℃,谐振频率αfr和机电耦合系数Kp随温度的变化率αfr（80℃）和αKp（80℃）分别为-1.85%和1.19%.     

Sb_2O_3掺杂对(Na_(1-x)K_x)_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统工艺制备了(Na0.84K0.16)0.5Bi0.5TiO3压电陶瓷,研究掺杂离子Sb3+对(Na0.84K0.16)0.5Bi0.5TiO3微观结构和电性能的影响。结果表明烧结温度在1160℃时,样品密度达到最大值5.85g/cm3;X射线衍射(XRD)分析所有陶瓷样品均为钙钛矿相,Sb2O3的掺杂只改变晶胞体积或产生铋离子空位或钠离子空位,不形成异相;掺杂量在0.4%~0.6%时介电常数先增加后减小,介电损耗呈现增大趋势;掺杂0.5%的Sb2O3时,d33最大为142pC/N。     

高性能无铅压电陶瓷(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3的制备与性能

采用企业的电子陶瓷工艺制备了(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3(BNTBT-6)无铅压电陶瓷,研究了制备工艺对BNTBT-6陶瓷的晶相、微观结构与介电压电性能的影响.研究结果表明,烧结方式会对BNTBT-6陶瓷的晶相和性能产生一定的影响.电学性能研究结果表明,湿磨盖烧BNTBT-6陶瓷样品的压电性能优良,室温下陶瓷样品的压电常数d33达到195pC/N,机电耦合系数kp为35%,机械质量因子Qm达到130,介电损耗tgδ为0.025.     

0.98Bi_(0.5)(Na_(0.82)K_(0.18))_(0.5)TiO_3-0.02NaNbO_3无铅压电陶瓷的烧结工艺及性能研究

采用固相反应方法制备0.98Bi_(0.5)(Na_(0.82)K_(0.18))_(0.5)TiO_3-0.02NaNbO_3无铅压电陶瓷。研究该体系陶瓷的烧结工艺对压电陶瓷的物相、显微结构及电性能的影响。结果表明,900℃合成温度下,合成粉料为ABO_3型钙钛矿结构,烧结温度变化不会使晶体结构发生改变。随着烧结温度增加,晶粒尺寸变大,陶瓷致密性提高,但过高的烧结温度使体系中出现玻璃相。电性能表明,1 200℃烧结温度下,压电陶瓷的电性能最佳:εr=1 620、tanδ=0.030、d33=138 p C/N、kp=0.40。居里温度在1 200℃时最低,TC=370℃,烧结温度降低或升高,都会使居里温度增加。在300 Hz~700 k Hz的频率范围内,150 k Hz左右空间电荷极化失去贡献,之后介电常数趋于稳定。     

0.84(K_(0.48)Na_(0.52))NbO_3-0.16K_(0.56)Li_(0.38)NbO_(2.97)无铅压电陶瓷的多层膜工艺研究

采用多层膜工艺制备了0.84(K0.48Na0.52)NbO3-0.16K0.56Li0.38NbO2.97无铅压电陶瓷,研究了不同烧结温度和保温时间对陶瓷的密度、物相、微观形貌以及介电和压电性能的影响。结果表明,所有烧结条件下得到的陶瓷都是钙钛矿结构和少量钨青铜结构的混合相,而且室温下陶瓷都处于多型相变区域。1050℃烧结8 min得到的陶瓷断面晶粒均匀,相对密度达到95%以上,并且获得最优的介电和压电性能:介电常数为εr=618,介电损耗为tanδ=0.03,压电常数为d33=112 pC/N。与传统制备工艺相比,多层膜工艺大大降低了烧结温度,缩短了烧结时间,有效地抑制了K、Na的挥发。     

LiTaO3掺杂对K0.5Na0.5NbO3基无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统陶瓷工艺制备了LiTaO3掺杂的K0.5Na0.5NbO3基无铅压电陶瓷(记为KNN xLT,x=0～8%(摩尔分数)),并研究了陶瓷的晶相、显微结构和压电、铁电等性能.研究结果表明,KNN xLT陶瓷的正交相-四方相准同型相界(MPB)位于4%＜x＜6%处.随着LiTaO3含量的增加,陶瓷的正交→四方结构相变温度(TO-T)向低温方向移动,而四方→立方结构相变温度(Tc)向高温方向移动.陶瓷的压电常数d33和机电耦合系数kp随LiTaO3含量的增加均先增大后减小,而剩余极化强度Pr则随之逐渐减小,矫顽场Ec逐渐增大.当x=6%时,陶瓷具有较好的压电和铁电性能:d33=190pC/N,kp=40.0%,Pr=22.0μC/cm2,Ec=1.78kV/mm,Tc=440℃.该体系陶瓷具有较高的压电常数和比较大的平面机电耦合系数,是一种应用前景良好的压电铁电材料.     

(Mo_(1/2)Sr_(1/2))~(4+)掺杂Bi_(1/2)Na_(1/2)TiO_3无铅压电陶瓷结构及其性能研究

采用传统陶瓷制备工艺制备出了Bi1/2Na1/2Ti1-x(Mo1/2Sr1/2)xO3(简称BNT-MS-100x)系无铅压电陶瓷材料,研究了(Mo1/2Sr1/2)4+掺杂量对BNT基陶瓷材料显微结构和电学性能的影响。研究结果表明,(Mo1/2Sr1/2)4+掺杂并未影响BNT陶瓷的晶体结构,仍为纯钙钛矿型结构,而且致密性良好。随着(Mo1/2Sr1/2)4+掺杂量增加,居里温度升高,剩余极化强度先增大后减小。当x=0.004时,BNT-MS-100x陶瓷的压电系数最大,d33=104pC/N,介电损耗最小,tanδ=4.11%。     

烧结气氛对KNN基无铅压电陶瓷性能的影响

本文利用传统固相烧结法制备（K0.47Na0.47Li0.066）（Nb0．94Sb0．06）0.96%Ta0.04O3（简称KNLNST）无铅压电陶瓷,通过在烧结过程中添加与基方相同成分的粉料作为保护气氛,定量研究了不同的烧结气氛对KNLNST无铅压电陶瓷性能的影响。实验表明添加30wt％气氛粉料时所得陶瓷压电介电性能得到明显提高：d33=235pC／N,Tε33/ε0=1218,tanδ=0．0420,kp=42．5％,k1=43％,Qm=54,Pr=18．5μC／cm^2,Ec=1．61kV／mm。相对于不添加气氛粉料时,陶瓷压电铁电性能d33、kp、k1,Pr分别提高13．0％、32．4％、48．3％、14．9％,介电损耗tanδ下降64．3％。本研究结果有助于充分挖掘含有易挥发性元素陶瓷材料的优良压电介电性能。     

Ta掺杂对Na0.5Bi0.5TiO3-0.02NaNbO3压电、介电性能的影响

在制备无铅压电陶瓷的前沿探索中首次研究了Ta掺杂对Na0.5Bi0.5TiO3-0.02NaNbO3系压电陶瓷的压电、介电性能的影响.研究表明,掺杂适量的Ta有利于提高其性能.当Ta掺杂量为0.4mol时,压电常数d33达到最大值114pC/N;相对介电常数εT33/ε0、机电耦合系数kp也达到最大值431和0.184;而介电损耗tgδ随Ta含量的增加变化不大.     

无铅压电陶瓷K0.5Na0.5NbO3-BiFeO3的烧结工艺与压电性能研究

采用传统常压固相烧结工艺制备了掺杂0.8at%BiFeO₃(BF)的K_0.5Na_0.5NbO₃(KNN) 无铅压电陶瓷,着重研究了烧结温度与保温时间对陶瓷的晶体结构、相转变、致密度与压电、介电性能的影响. 研究结果表明, 所有陶瓷样品都为单一的钙钛矿结构, 烧结温度与保温时间对陶瓷样品的室温晶体结构与相转变温度几乎没有影响, 但对陶瓷的表面形貌、密度和压电性能有较大的影响. 当保温时间为3h,在1100℃至1150℃范围内, 随烧结温度的升高,陶瓷的压电常数d33、平面机电耦合系数Kp及机械品质因数Qm均一直升高, 介电损耗tanδ则显著降低. 当烧结温度为1150℃时, 随保温时间的增加, 陶瓷的压电性能先显著提高后基本保持不变. 1150℃保温2h烧结的陶瓷获得良好的性能：密度ρ=4.50g/cm³（致密度为95.63%）, d₃₃=132pC/N, K_p=45%, Q_m=333.73, tanδ=2.39%.     

CuO对NKN基无铅压电陶瓷结构和性能的影响

采用传统陶瓷工艺制备了添加氧化铜的铌酸钠钾基无铅压电陶瓷[(Na0.5K0.5)1-2xCuxNbO3,0≤x≤0.05],研究了氧化铜(CuO)的引入对(Na0.5K0.5)NbO3(NKN)基陶瓷的晶体结构和压电、铁电等性能的影响.研究结果表明,讨论的所有样品的主晶相均为正交钙钛矿结构;随着x的增加,陶瓷出现了K4CuNb8O23杂相;与纯NKN陶瓷相比,掺入一定量的CuO后,样品的致密度显著提高;随着CuO含量的增加,陶瓷的机电耦合系数(kp)和机械品质因数(Qm)先增加后减小,并在x=0.01时达到最大值:kp=38.7%,Qm=1000,而陶瓷的压电常数(d33)无显著变化;当x≥0.01时,样品呈现出双电滞回线的特征.     

烧结温度对0.55Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.45Pb(Zr_(0.3)Ti_(0.7))O_3压电陶瓷性能的影响

0.55Pb(Ni1/3Nb2/3)3-0.45Pb(Zr0.3Ti0.7)O3(0.55PNN-0.45PZT)组分的弛豫型压电陶瓷因具有较高的压电性能,已被作为制备含金属芯压电陶瓷纤维的材料等使用。为了进一步提高压电陶瓷纤维的电学性能,采用传统固相烧结法制备了0.55PNN-0.45PZT压电陶瓷,研究了烧结温度对材料结构、表面形貌和电学性能的影响。结果表明,在烧结温度为1200℃时,材料的各方面性能较佳:密度为8.12g/cm3,d33=850pC/N,kp=0.62,εr=7317,tanδ=0.033,Qm=41.66。